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Breath analysis offers a non-invasive and rapid diagnostic method for detecting various volatile organic compounds that could be indicators for different diseases, particularly metabolic disorders including type 2 diabetes mellitus. The development of type 2 diabetes mellitus is closely linked to metabolic dysfunction of adipose tissue and adipocytes. However, the VOC profile of human adipocytes has not yet been investigated. Gas chromatography with mass spectrometric detection and head-space needle trap extraction (two-bed Carbopack X/Carboxen 1000 needle traps) were applied to profile VOCs produced and metabolised by human Simpson Golabi Behmel Syndrome adipocytes. In total, sixteen compounds were identified to be related to the metabolism of the cells. Four sulphur compounds (carbon disulphide, dimethyl sulphide, ethyl methyl sulphide and dimethyl disulphide), three heterocyclic compounds (2-ethylfuran, 2-methyl-5-(methyl-thio)-furan, and 2-pentylfuran), two ketones (acetone and 2-pentanone), two hydrocarbons (isoprene and n-heptane) and one ester (ethyl acetate) were produced, and four aldehydes (2-methyl-propanal, butanal, pentanal and hexanal) were found to be consumed by the cells of interest. This study presents the first profile of VOCs formed by human adipocytes, which may reflect the activity of the adipose tissue enzymes and provide evidence of their active role in metabolic regulation. Our data also suggest that a previously reported increase of isoprene and sulphur compounds in diabetic patients may be explained by their production by adipocytes. Moreover, the unique features of this profile, including a high emission of dimethyl sulphide and the production of furan-containing VOCs, increase our knowledge about metabolism in adipose tissue and provide diagnostic potential for future applications.
Product ion distributions resulting from the primary reactions of H3O+ with nine D-labeled volatile organic compounds and the subsequent sequential reactions with H2O have been determined using a Proton Transfer Reaction Time of Flight Mass Spectrometer (PTR-TOF 8000 (IONICON Analytik GmbH)) at various reduced electric field (E/N) values ranging from 80 up to 150 Td and for two different absolute humidity levels of air sample < 0.1% and 5%. The specific D-labeled compounds used in this study are acetone-d6, toluene-d8, benzene-d6, ethanol-d (C2H5OD), ethanol-d2 (CH3CD2OH), ethanol-d6, 2-propanol-d8, 2-propanol-d3 (CD3CH(OH)CH3), and isoprene-d5 (CH2CHC(CD2)CD3). With the exception of the two 2-propanol compounds, non-dissociative proton transfer is the dominant primary reaction pathway. For 2-propanol-d8 and 2-propanol-d3 the major primary reaction channel involved is dissociative proton transfer. However, unlike their undeuterated counterparts, the primary product ions undergo subsequent deuterium/hydrogen isotope exchange reactions with the ever present water in the drift tube, the extent of which of course depends on the humidity within that tube. This exchange leads to the generation of various isotopologue product ions, the product ion branching percentages of which are also
dependent on the humidity in the drift tube. This results in complex mass spectra and the distribution of product ions leads to issues of reduced sensitivity and accuracy. However, the effect of D/H exchange considerably varies between the compounds under study. In the case of acetone-d6 it is very weak (<1%), because the exchange process is not facile when the deuterium is in the methyl functional group. In comparison, the H3O+/ benzene-d6 (C6D6) reaction and sequential reactions with water result in the production of the isotopologue ions C6Dn(H7-n)+ (where n = 0–6). Changing the value of E/N and/or the humidity in the drift tube considerably affects the amount of the isotope exchange reactions and hence the resulting sequential product ion distributions. An important conclusion of the findings from this work is that care must be taken in the choice of an exogenous deuterated compound for use in breath pharmacokinetic studies using proton transfer reaction mass spectrometry; otherwise the resulting D/H exchange processes impose interpretative problems.
© 2018 The Authors. Published by Elsevier B.V. This is an open access article under the CC BY license
(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
Stress testing is part of today’s bank risk management and often required by the governing regulatory authority. Performing such a stress test with stress scenarios derived from a distribution, instead of pre-defined expert scenarios, results in a systematic approach in which new severe scenarios can be discovered. The required scenario distribution is obtained from historical time series via a Vector-Autoregressive time series model. The worst-case search, i.e. finding the scenario yielding the most severe situation for the bank, can be stated as an optimization problem. The problem itself is a constrained optimization problem in a high-dimensional search space. The constraints are the box constraints on the scenario variables and the plausibility of a scenario.
The latter is expressed by an elliptic constraint. As the evaluation of the stress scenarios is performed with a simulation tool, the optimization problem can be seen as black-box optimization problem. Evolution Strategy, a well-known optimizer for black-box problems, is applied here. The necessary adaptations to the algorithm are explained and a set of different algorithm design choices are investigated. It is shown that a simple box constraint handling method, i.e. setting variables which violate a box constraint to the respective boundary of the feasible domain, in combination with a repair of implausible scenarios provides good results.
In engineering design, optimization methods are frequently used to improve the initial design of a product. However, the selection of an appropriate method is challenging since many
methods exist, especially for the case of simulation-based optimization. This paper proposes a systematic procedure to support this selection process. Building upon quality function deployment, end-user and design use case requirements can be systematically taken into account via a decision
matrix. The design and construction of the decision matrix are explained in detail. The proposed
procedure is validated by two engineering optimization problems arising within the design of box-type boom cranes. For each problem, the problem statement and the respectively applied optimization methods are explained in detail. The results obtained by optimization validate the use
of optimization approaches within the design process. The application of the decision matrix shows the successful incorporation of customer requirements to the algorithm selection.
Adult muscle carnitine palmitoyltransferase (CPT) II deficiency is a rare autosomal recessive disorder of long-chain fatty acid metabolism. It is typically associated with recurrent episodes of exercise-induced rhabdomyolysis and myoglobinuria, in most cases caused by a c.338C > T mutation in the CPT2 gene. Here we present the pedigree of one of the largest family studies of CPT II deficiency caused by the c.338C > T mutation, documented so far. The pedigree comprises 24 blood relatives
of the index patient, a 32 year old female with genetically proven CPT II deficiency. In total, the mutation was detected in 20 family members, among them five homozygotes and 15 heterozygotes. Among all homozygotes, first symptoms of CPT II deficiency occurred during childhood. Additionally, two already deceased relatives of the index patient were carriers of at least one copy of the genetic variant, revealing a remarkably high prevalence of the c.338C > T mutation within the tested family. Beside the index patient, only one individual had been diagnosed with CPT II deficiency prior to this study and three cases of CPT II deficiency were newly detected by this family study, pointing
to a general underdiagnosis of the disease. Therefore, this study emphasizes the need to raise awareness of CPT II deficiency for correct diagnosis and accurate management of the disease.
Breath analysis holds great promise for real-time and non-invasive medical diagnosis. Thus, there is a considerable need for simple-in-use and portable analyzers for rapid detection of breath indicators for different diseases in their early stages. Sensor technology meets all of these demands. However, miniaturized breath analyzers require adequate breath sampling methods. In this context, we propose non-contact sampling; namely the collection of breath samples by exhalation from a distance into a miniaturized collector without bringing the mouth into direct contact with the analyzing device. To evaluate this approach different breathing maneuvers have been tested in a real-time regime on a cohort of 23 volunteers using proton transfer reaction mass spectrometry. The breathing maneuvers embraced distinct depths of respiration, exhalation manners, size of the mouth opening and different sampling distances. Two inhalation modes (normal, relaxed breathing and deep breathing) and two exhalation manners (via smaller and wider lips opening) forming four sampling scenarios were selected. A sampling distance of approximately 2 cm was found to be a reasonable trade-off between sample dilution and requirement of no physical contact of the subject with the analyzer. All four scenarios exhibited comparable measurement reproducibility spread of around 10%. For normal, relaxed inspiration both dead-space and end-tidal phases of exhalation lasted approximately 1.5 s for both expiration protocols. Deep inhalation prolongs the end-tidal phase to about 3 s in the case of blowing via a small lips opening, and by 50% when the air is exhaled via a wide one. In conclusion, non-contact breath sampling can be considered as a promising alternative to the existing breath sampling methods, being relatively close to natural spontaneous breathing.
Daten werden heute oft auch als das «neue Gold» bezeichnet. Denn die letzten Jahre haben gezeigt, dass Daten die Grundlage erstaunlicher unter- nehmerischer Erfolgsgeschichten sein können. Dabei ist die Arbeit mit Daten nicht grundlegend neu. Vielmehr geht es heute im Vergleich zu früher um nahezu unendlich grossen Mengen an Daten, die im Rahmen nahezu aller denkbaren Prozesse oder Schnittstellen gesammelt, gespeichert und ausgewertet werden können. Unter anderem beinhaltet dies Maschinendaten, unternehmens- interne Prozesse oder Daten über Kunden und den Markt, welche die Grundlage für lernende Systeme (Künstliche Intelligenz) bilden. Wir können heute davon ausgehen, dass künftig nicht mehr die technische Machbarkeit, sondern die mensch- liche Vorstellungskraft die Grenzen des Möglichen definiert.
Bekannt sind vor allem etliche Erfolgsgeschichten von Grossunternehmen, die ihr Geschäft auf Daten aufbauen. Etablierte KMU sind hingegen noch zögerlicher, mit Daten zu arbeiten und diese wertschöpfend einzusetzen. Diese Broschüre geht auf die besondere Situation von KMU im Umgang mit Daten und Data Science ein. Denn auch für KMU kann es lohnend oder sogar zwingend notwendig sein, sich mit dem Thema «Data Science» zu beschäftigen. Daten und Data Science bieten grosse
Chancen, sie können aber auch zu einer Bedrohung im Wettbewerb werden. Und, zu lange warten sollten KMU nicht, die Zeit drängt. Denn Geschwindigkeit ist einer der zentralen Wettbewerbsfaktoren im digitalen Zeitalter. Das IBH-Lab KMUdigital unter- stützt KMU dabei, den herausfordernden Weg in eine digitale Zukunft schneller und einfacher zu gehen.
Diese Broschüre geht daher insbesondere auf die Rolle von Daten und Data Science für KMU in der Bodenseeregion ein. Sie stellt eine Zusammen- fassung ausgewählter Erkenntnisse und Handlungs- empfehlungen dar, die wir in einem zweijährigen Forschungsprojekt gemeinsam mit 16 Unternehmen aus der Bodenseeregion gewinnen konnten. Die Erkenntnisse sollen KMU bei der Nutzung von Daten anhand von Data Science unterstützen. Dabei ist es kein Ziel, dass KMU zu einem «kleinen Google» werden. Vielmehr braucht es KMU- spezifische Lösungen und Überlegungen, wie mit Daten sinnvoll, zielorientiert und ressourcen- schonend umgegangen werden kann. Wie kann das aussehen? Welche Chancen, Herausforderungen und Lösungen bieten sich KMU vor dem Hinter- grund ihrer besonderen Situation? Was muss dazu im Unternehmen verändert werden? Welche Unterschiede bestehen im Vergleich zu Gross- unternehmen auf diesem Weg?
Diese und weitere Fragen stehen im Mittelpunkt des vorliegenden Projektberichts zum Einzelprojekt «Data Science für KMU leicht gemacht» oder kurz «Data Science 4 KMU» bzw. «Data4KMU», welches unter dem Dach des IBH-Labs KMUdigital in den Jahren 2018 bis 2019 durchgeführt wurde. Dazu werden Daten und Data Science aus mehreren Perspektiven betrachtet, die nicht unabhängig voneinander sind: Strategie und Geschäftsmodell, Services und Prozesse, Leadership, HRM und
Organisation, Organisationskultur und Ganzheitichkeit, sowie Technologie. Diese Perspektiven greifen wir in den nachfolgenden Kapiteln auf.
Die vorliegende Broschüre wäre ohne die wertvolle Unterstützung der Praxispartner des Projektes, des Managements des IBH-Labs KMUdigital sowie ohne die finanzielle Projektförderung durch die Inter- nationale Bodenseehochschule (IBH) und Interreg nicht möglich gewesen. Ihnen allen gilt unser ganz besonderer Dank!
Wer wünscht ihn nicht: den intelligenten, effizienten und wirtschaftlichen Herstellungsprozess? Viele Firmen setzten aktuell auf die Digitalisierung und verbessern so die eigene sowie die mit externen Stellen vernetzte Produktion. Die Digitalisierung bringt einerseits Fortschritt, zeigt aber auch die zunehmende Komplexität der heutigen Produktionsnetzwerke auf. Zahlreiche Entscheidungen sind zu fällen, um einen effizienten und sicheren Austausch mit verschiedenen Betrieben zu gewährleisten.
Ein Blick auf vorhandene Modelle kann da weiterhelfen: Im Projekt i4Production des IBH-Labs KMUdigital haben Teams an drei Standorten in den drei Nachbarländern Deutschland (HTWG Konstanz), Österreich (FH Vorarlberg) und der Schweiz (NTB Buchs, RhySearch) an einer vernetzten Prozesslandschaft gearbeitet. In einem gemeinsamen, standardisierten Automatisierungskonzept wird in der international vernetzten Modellfabrik ein cyberphysisches System (CPS) in Form eines kundenindividualisierten Modellfahrzeuges produziert, das durch den Kunden in diversen Varianten zusammengestellt oder individuell konstruiert werden kann. Die dezentrale Produktion erlaubt eine Datenweitergabe über die Landesgrenzen in Echtzeit und bildet die Simulation eines länderübergreifenden Business-Eco-Systems ab.
Die Erkenntnisse des Projekts i4Production zeigen wie in kleineren und mittleren Unternehmen (KMU) eine verteilte Produktion, inklusive der Einbindung von Mitarbeitenden und Kunden in eine digitalisierte, hochautomatisierte und kundenindividuelle Produktion, organisiert werden kann.
Für Unternehmen wird diese Industrie 4.0-Prozesslandschaft als Modell für die eigene Fertigung in dem neu aufgebauten CNC Präzisionsfertigungslabor „Werkstatt4“ bei RhySearch öffentlich zur Verfügung gestellt. Die „Werkstatt4“ bietet KMU ein digitales Prozessumfeld, in dem getestet werden kann, mit welchen Maßnahmen der eingangs gestellte Wunsch zur optimierten Herstellung, seinen Weg in die Realität finden kann.
Im Folgenden stellen wir Ihnen das Konzept der internationalen Musterfabrik i4Production, die diversen Arbeitsschritte an den beteiligten Hochschulen sowie die wichtigsten Erkenntnisse für KMU der Bodenseeregion vor. Gerne unterstützen wir Sie bei der Gestaltung des Wandels hin zum Unternehmen 4.0: Sprechen Sie uns an.